Existence superobřích diamantů

Existence superobřích diamantů M. Benc

Motivace • A. C. Clarke – Vesmírná odyssea • Je možná existence takovéhoto diamantu v nitru Jupitera? • Je možná i v jiných vesmírných tělesech (planetách, hvězdách)?

Obsah prezentace • podmínky pro vznik diamantu • struktura nitra Jupitera • struktura nitra ostatních planet • struktura nitra hvězd • srovnání výsledků

Vznik diamantu • uhlíkový krystal s velmi složitou strukturou • krystalizuje při velmi vysokých tlacích • hranice oceánských tektonických desek • čedič -> eklogit • vznikají ale i v oblastech pod kontinentálními deskami

Vnitřní sktruktura Jupitera • do nedávna málo poznatků (vesmírné mise) • výpočty vztahů tlaku, teploty a hustoty pro různé prvky a sloučeniny (vodík, helium, voda, amoniak, metan,...) • následné vložení do modelů

Jupiter je složen hlavně z H a He • z plynného vodíku je pouze 0.01% hmoty Jupitera (ρ>0.01 g.cm3 kapalné skupenství) • s přibližováním k jádru -> zvyšování tlaku a teploty -> horká, hustá ionizovaná kapalina (silné iontové párování, el. degenerace)

experimentální data (pro H) jsou velmi dobrá pro tlak pod 25 GPa a hustotu menší než 0.3 g.cm3 • pro vyšší hodnoty je třeba použít teoretické výpočty – existuje několik verzí (např. SCVH-I-04, Sesame-K04, LM-REOS)

dle těchto výpočtů je možné vytvořit model Jupitera • převážne z H a He, obsah těžších prvků je zatím nepřesný (2-37 M⊕) • možná existence jádra (led, horniny; 0-18 M⊕) • kovový vodík ve vnitřních vrstvách (11-37 M⊕) výrazně posiluje magnetické pole

Ostatní planety naší soustavy • Saturn je složením velmi podobný Jupiteru • nižší hustota (nejnižší ze všech planet) -> nižší teplota a tlak • také kovová vodíková slupka

Uran a Neptun • známí jako „ledoví obři“ • nejsou však tvořeny jen z ledu – skládají se ze tří vrstev: kamenné jádro, vrstva vody (amoniaku a methanu) a H/He vrstva • jsou zde přítomny i těžší prvky (1-2% C v obou, CO a HCN v Neptunu)

Vnitřní složení hvězd • na počátku vývoje – převážně z H • H syntetizuje na He v jádře • poté se zapálí H ve slupce okolo jádra a začne hořet He v jádře a tak dále • syntéza pokračuje až k Fe (pro další syntézu je potřeba dodávat E – není odkud) • syntéza některých hvězd se zastaví již dříve (kvůli nedostatečné hmotnosti)

Zánik hvězd • tři možnosti (M<8 Ms - bílí trpaslík , 8-20 Ms - neutronová hvězda, M>25Ms - černá díra) • 8 Ms: • nejprve přeměna H na He • poté „3 alfa proces“ • vznik velkého množství C a O • kolaps hvězdy - vznik planetární mlhoviny a bílého trpaslíka

Bílí trpaslík • čtyři vrstvy: atmosféra, H obal, He obal, C-O jádro • postupné chladnutí • podle poměru C a O v jádře – krystalizace těchto prvků • při dosažení dostatečně nízké teploty (při p=20 GPa T=4000K) -> -> tvorba diamantového jádra

Shrnutí • existence superobřího diamantu v jádru Jupitera (Saturna) není jasná (Juno?) • existence tohoto diamantu v Uranu či Neptunu již byla vyvrácena (s nejvyšší pravděpodobností) • možnost existence diamantu v jádru bílých trpaslíků byla potvrzena • další vesmírná tělesa budou předmětem mých příštích zkoumání

BPM 37093

Poděkování • Ing. Vojtěchu Svobodovi, CSc. za umožnění projektu

Reference • J. J. Fortney, N. Nettelmann, The Interior Structure, Composition, and Evolution of Giant Planets, Springer Science+Business Media B.V. 2009 • Mgr. Kalista Jakub, Bílí trpaslíci, http://hvezdy.astro.cz/stadia/799-zaverecna-stadia • American Museum of Natural History, http://www.amnh.org/exhibitions/diamonds/index.html • R. Mochkovitch, Freezing of carbon-oxygen white dwarf, Institute d´ Astrophysique, 1983 • unknown,http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3492919.stm • Stephen Cauchi, biggest diamond inthe world, http://www.theage.com.au/articles/2004/02/17/1076779973101.html

Existence superobřích diamantů